java基础知识 (๑• . •๑)
|
|
说说List,Set,Map三者的区别
- List(对付顺序的好帮手): List接口存储一组不唯一(可以有多个元素引用相同的对象),有序的对象
- Set(注重独一无二的性质): 不允许重复的集合。不会有多个元素引用相同的对象。
- Map(用Key来搜索的专家): 使用键值对存储。Map会维护与Key有关联的值。两个Key可以引用相同的对象,但Key不能重复,典型的Key是String类型,但也可以是任何对象。
Arraylist 与 LinkedList 区别
- 1. 是否保证线程安全:
ArrayList
和LinkedList
都是不同步的,也就是不保证线程安全; - 2. 底层数据结构:
Arraylist
底层使用的是 Object 数组;LinkedList
底层使用的是 双向链表 数据结构(JDK1.6之前为循环链表,JDK1.7取消了循环。注意双向链表和双向循环链表的区别,下面有介绍到!) - 3. 插入和删除是否受元素位置的影响:
- ① ArrayList 采用数组存储,所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如:执行
add(E e)
方法的时候,ArrayList
会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾,这种情况时间复杂度就是O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话(add(int index, E element)
)时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。 - ② LinkedList 采用链表存储,所以对于add(E e)方法的插入,删除元素时间复杂度不受元素位置的影响,近似 O(1),如果是要在指定位置i插入和删除元素的话((add(int index, E element)) 时间复杂度应为o(n))因为需要新创立一个新的链表,复制前i-1个元素并在第i位加入新的元素,最后附上n-i个元素。
- ① ArrayList 采用数组存储,所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如:执行
- 4. 是否支持快速随机访问:
LinkedList
不支持高效的随机元素访问,而ArrayList
支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)
方法)。 - 5. 内存空间占用: ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾会预留一定的容量空间,而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间(因为要存放直接后继和直接前驱以及数据)。
补充内容:RandomAccess接口
|
|
查看源码我们发现实际上 RandomAccess
接口中什么都没有定义。所以,在我看来 RandomAccess
接口不过是一个标识罢了。标识什么? 标识实现这个接口的类具有随机访问功能。
在 binarySearch(
)方法中,它要判断传入的list 是否 RamdomAccess
的实例,如果是,调用indexedBinarySearch()
方法,如果不是,那么调用iteratorBinarySearch()
方法
|
|
ArrayList
实现了 RandomAccess
接口, 而 LinkedList
没有实现。为什么呢?我觉得还是和底层数据结构有关!ArrayList
底层是数组,而 LinkedList
底层是链表。数组天然支持随机访问,时间复杂度为 O(1),所以称为快速随机访问。链表需要遍历到特定位置才能访问特定位置的元素,时间复杂度为 O(n),所以不支持快速随机访问。,ArrayList
实现了 RandomAccess
接口,就表明了他具有快速随机访问功能。 RandomAccess
接口只是标识,并不是说 ArrayList
实现 RandomAccess
接口才具有快速随机访问功能的!
下面再总结一下 list 的遍历方式选择:
- 实现了
RandomAccess
接口的list,优先选择普通 for 循环 ,其次 foreach, - 未实现
RandomAccess
接口的list,优先选择iterator遍历(foreach遍历底层也是通过iterator实现的,),大size的数据,千万不要使用普通for循环
双向链表和双向循环链表
双向链表: 包含两个指针,一个prev指向前一个节点,一个next指向后一个节点。
双向循环链表: 最后一个节点的 next 指向head,而 head 的prev指向最后一个节点,构成一个环。
ArrayList 与 Vector 区别
Vector
类的所有方法都是同步的。可以由两个线程安全地访问一个Vector对象、但是一个线程访问Vector的话代码要在同步操作上耗费大量的时间。
Arraylist
不是同步的,所以在不需要保证线程安全时建议使用Arraylist。
ArrayList 的扩容机制
详见笔主的这篇文章:通过源码一步一步分析ArrayList 扩容机制
#HashMap 和 Hashtable 的区别
- 线程是否安全: HashMap 是非线程安全的,HashTable 是线程安全的;HashTable 内部的方法基本都经过
synchronized
修饰。(如果你要保证线程安全的话就使用 ConcurrentHashMap 吧!); - 效率: 因为线程安全的问题,HashMap 要比 HashTable 效率高一点。另外,HashTable 基本被淘汰,不要在代码中使用它;
- 对Null key 和Null value的支持: HashMap 中,null 可以作为键,这样的键只有一个,可以有一个或多个键所对应的值为 null。。但是在 HashTable 中 put 进的键值只要有一个 null,直接抛出 NullPointerException。
- 初始容量大小和每次扩充容量大小的不同 : ①创建时如果不指定容量初始值,Hashtable 默认的初始大小为11,之后每次扩充,容量变为原来的2n+1。HashMap 默认的初始化大小为16。之后每次扩充,容量变为原来的2倍。②创建时如果给定了容量初始值,那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小,而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小(HashMap 中的
tableSizeFor()
方法保证,下面给出了源代码)。也就是说 HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是2的幂次方。 - 底层数据结构: JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希冲突时有了较大的变化,当链表长度大于阈值(默认为8)时,将链表转化为红黑树,以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。
HashMap 中带有初始容量的构造函数:
|
|
下面这个方法保证了 HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小。
|
|
HashMap 和 HashSet区别
如果你看过 HashSet
源码的话就应该知道:HashSet 底层就是基于 HashMap 实现的。(HashSet 的源码非常非常少,因为除了 clone()
、writeObject()
、readObject()
是 HashSet 自己不得不实现之外,其他方法都是直接调用 HashMap 中的方法。
HashMap | HashSet |
---|---|
实现了Map接口 | 实现Set接口 |
存储键值对 | 仅存储对象 |
调用 put() 向map中添加元素 |
调用 add() 方法向Set中添加元素 |
HashMap使用键(Key)计算Hashcode | HashSet使用成员对象来计算hashcode值,对于两个对象来说hashcode可能相同,所以equals()方法用来判断对象的相等性, |
HashSet如何检查重复
当你把对象加入HashSet
时,HashSet会先计算对象的hashcode
值来判断对象加入的位置,同时也会与其他加入的对象的hashcode值作比较,如果没有相符的hashcode,HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同hashcode值的对象,这时会调用equals()
方法来检查hashcode相等的对象是否真的相同。如果两者相同,HashSet就不会让加入操作成功。(摘自我的Java启蒙书《Head fist java》第二版)
hashCode()与equals()的相关规定:
- 如果两个对象相等,则hashcode一定也是相同的
- 两个对象相等,对两个equals方法返回true
- 两个对象有相同的hashcode值,它们也不一定是相等的
- 综上,equals方法被覆盖过,则hashCode方法也必须被覆盖
- hashCode()的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写hashCode(),则该class的两个对象无论如何都不会相等(即使这两个对象指向相同的数据)。
==与equals的区别
- ==是判断两个变量或实例是不是指向同一个内存空间 equals是判断两个变量或实例所指向的内存空间的值是不是相同
- ==是指对内存地址进行比较 equals()是对字符串的内容进行比较
- ==指引用是否相同 equals()指的是值是否相同
HashMap的底层实现
JDK1.8之前
JDK1.8 之前 HashMap
底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是 链表散列。HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值,然后通过 (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置(这里的 n 指的是数组的长度),如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法解决冲突。
所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法 换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。
JDK 1.8 HashMap 的 hash 方法源码:
JDK 1.8 的 hash方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化,但是原理不变。
|
|
对比一下 JDK1.7的 HashMap 的 hash 方法源码.
|
|
相比于 JDK1.8 的 hash 方法 ,JDK 1.7 的 hash 方法的性能会稍差一点点,因为毕竟扰动了 4 次。
所谓 “拉链法” 就是:将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组,数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突,则将冲突的值加到链表中即可。
JDK1.8之后
相比于之前的版本, JDK1.8之后在解决哈希冲突时有了较大的变化,当链表长度大于阈值(默认为8)时,将链表转化为红黑树,以减少搜索时间。
TreeMap、TreeSet以及JDK1.8之后的HashMap底层都用到了红黑树。红黑树就是为了解决二叉查找树的缺陷,因为二叉查找树在某些情况下会退化成一个线性结构。
推荐阅读:
- 《Java 8系列之重新认识HashMap》 :https://zhuanlan.zhihu.com/p/21673805
HashMap 的长度为什么是2的幂次方
为了能让 HashMap 存取高效,尽量较少碰撞,也就是要尽量把数据分配均匀。我们上面也讲到了过了,Hash 值的范围值-2147483648到2147483647,前后加起来大概40亿的映射空间,只要哈希函数映射得比较均匀松散,一般应用是很难出现碰撞的。但问题是一个40亿长度的数组,内存是放不下的。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前还要先做对数组的长度取模运算,得到的余数才能用来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算方法是“ (n - 1) & hash
”。(n代表数组长度)。这也就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
这个算法应该如何设计呢?
我们首先可能会想到采用%取余的操作来实现。但是,重点来了:“取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作(也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方;)。” 并且 采用二进制位操作 &,相对于%能够提高运算效率,这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
HashMap 多线程操作导致死循环问题
主要原因在于 并发下的Rehash 会造成元素之间会形成一个循环链表。不过,jdk 1.8 后解决了这个问题,但是还是不建议在多线程下使用 HashMap,因为多线程下使用 HashMap 还是会存在其他问题比如数据丢失。并发环境下推荐使用 ConcurrentHashMap 。